JP2510320B2 - 光記録媒体 - Google Patents

光記録媒体

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JP2510320B2
JP2510320B2 JP2088726A JP8872690A JP2510320B2 JP 2510320 B2 JP2510320 B2 JP 2510320B2 JP 2088726 A JP2088726 A JP 2088726A JP 8872690 A JP8872690 A JP 8872690A JP 2510320 B2 JP2510320 B2 JP 2510320B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は書き替え可能な相変化型の光記録媒体に関す
る。
〔従来の技術〕 近年、情報記録の高密度化,大容量化に対する要求が
高まり、国内外でその研究開発が盛んに行なわれている
が、特にレーザを光源として用いる光記録媒体は従来の
磁気記録媒体に比べておよそ10〜100倍の記録密度を有
し、しかも記録,再生ヘッドと記録媒体とが非接触状態
で情報の記録,再生ができるために記録媒体の損傷も少
なく、長寿命であるなどの特徴があることから、膨大な
情報量を記録,再生する手段として有望である。
この光記録媒体は用途に応じて再生専用型,追記型,
書き換え型の3種類に大別することができる。再生専用
型は情報の読み出しのみが可能な再生専用記録媒体であ
り、追記型は必要に応じて情報を記録,再生することが
できるが、記録した情報の消去は不可能なものである。
これに対して書き換え型は情報の記録,再生とさらに記
録済みの情報を消去して書き換えることが可能であり、
コンピュータ用のデータファイルとしての利用が望まれ
最も期待の大きいものである。
書き換え型の光記録媒体は、光磁気方式と相変化方式
の二つの記録方式の開発が進められているが、ここでは
これら二つの記録方式のうち、相変化方式について述べ
る。
相変化方式は一般にレーザ光を光記録媒体の記録面に
集光して加熱し、レーザ光のパルス出力とパルス幅を制
御することによって生ずる記録材料の相変化,即ち結晶
状態から非結晶状態への移行または相転移などを起こさ
せ、それぞれの状態における反射率の違いから情報の記
録と消去を行なうものである。
この相変化方式を用いる光記録媒体の構造の一例を第
4図の模式断面図に示す。第4図において、この光記録
媒体は、図示を省略した多くのトラッキング溝を設けた
pc基板1の上に、セラミックスなどからなる厚さ110nm
の下地保護膜2,この下地保護膜2の上に厚さ30nmの記録
用材料即ちGe2SB2Te5などの記録膜3,さらにその上に下
地保護膜2と同じセラミックスなどの厚さ200nmの上地
保護膜4と厚さ100nmのAlなどの反射冷却膜5および厚
さ10nmの紫外線硬化樹脂の表面保護膜6を順次積層した
構造としたものである。反射冷却膜5は記録膜3が結晶
状態から非結晶状態に変化する際、溶融状態からの冷却
速度を上げるとともに、記録膜3を透過した光がこの膜
で反射して記録膜3での吸収効率を高める働きも持って
いる。そしてレーザ光は基板の積層膜を有する側と反対
側の面から入射させるのが普通である。
通常の相変化型光記録媒体では、初期状態は記録膜を
結晶状態としておき、情報記録時にこれにレーザ光を照
射し、照射部を溶融した後急冷却して非結晶状態のスポ
ットを形成する。消去時にはこの非結晶状態のスポット
をレーザ光によりアニールして結晶状態へ戻すのであ
る。また再生時には記録スポットの非結晶状態に変化を
与えないよう、消去レーザ光より弱い強度の再生レーザ
光を照射し、結晶状態と非結晶状態とで異なるレーザ光
の反射率を光検出素子により検出して信号の再生を行な
うことができる。
ところで、光記録媒体にレーザ光を照射したとき、保
護膜2,4の熱拡散率が高いと、照射部を溶融させるのに
大きなパワーを必要とするが、高い冷却速度が達成され
るので、一端溶融することができれば非結晶状態とする
のは容易である。一方、保護膜2,4の熱拡散率が低い
と、照射部を溶融させるのは小さなパワーでよいが、十
分な冷却速度が得られないので非結晶状態とするのが困
難な場合がある。したがって、保護膜2,4の熱拡散率と
その膜厚は光記録媒体の書き込み特性や消去特性に大き
な影響を及ぼす。さらに書き込みと消去を繰り返すと、
溶融と凝固による相変態が繰り返されて、記録膜3,保護
膜2,4,基板1などに熱的な損傷が加わり、光記録媒体の
特性が劣化するので、保護膜2,4は基板1への熱拡散を
防ぎ、記録膜3の熱変形を抑制する働きが要求されてい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
相変化型の光記録媒体の保護膜として下地保護膜2,上
地保護膜4とも同じ材料の酸化物,硫化物,窒化物また
はこれらの混合物が用いられている。第1表に代表的な
保護膜材料を示す。
保護膜2,4の冷却能に最も影響するのは、熱伝導率と
厚さであり、冷却能が高すぎると温度が上がらず、下地
保護膜2の方は温度を上げるための保温材としても働く
ので、AlNは第1表から熱伝導率が大き過ぎて不都合で
あるが、SiO2,ZnSは投入パワーで記録膜3を溶融させる
ことができることから、ここでの問題は上地保護膜4の
方にあり、以下、その点について述べる。
上地保護膜4の膜厚を光学的に最適となるように設定
すると、凡そλ/2n(λはレーザ光の波長:830nm,nは保
護膜4の屈折率)となるので、SiO2では屈折率が低く最
適膜厚は276nmになり、熱拡散率も低くて保護膜4は厚
くなってしまい、冷却速度が小さくなるために、記録膜
3を非結晶状態とするのが困難である。一方、AlNは熱
拡散率が高過ぎて、5.25インチの光記録媒体を試作した
結果では、2400rpmの書き込みレーザパワーは盤面出力
で25mW以上が必要である。現在のところ、半導体レーザ
を使った光記録媒体用のヘッドの出力は最大25mW程度な
ので、上地保護膜4にAlNを用いた光記録媒体を実用化
するためには、安価で高出力の半導体レーザを安定して
供給することができる技術の確立を待たなければならな
い。これに対してZnSはSiO2とAlNとの中間の熱伝導率を
有するとともに、屈折率も高いという特徴があり、これ
を用いるとき、書き込みレーザパワーは18mW,消去レー
ザパワーは9mWで最適化することができ、スペクトルア
ナライザーでCNR(搬送波対雑音比)を調べた所、5.25
インチの光記録媒体の最内周も最外周も2−7変調のう
ち、最もビット間隔の狭い1.5T信号を書き込んで52dBが
得られた。しかし、ZnSを上地保護膜4として用いたと
きの重ね書きの繰り返し特性をスペクトルアナライザー
で調べた所、第5図の結果が得られた。第5図は繰り返
し回数とキャリア,ノイズレベルとの関係線図であり、
ZnSの場合を実線,後述するZnSとSiO2の混合膜とした場
合を点線で示した。第5図に示すようにZnSを上地保護
膜4に用いた場合、重ね書きを7000回繰り返すとキャリ
アレベルは一定であるが、ノイズレベルが上昇し始め
て、繰り返し特性は1万回以下である。また、このZnS
にSiO2を25mol%混合した上地保護膜4を使用すると、
第1表から明らかなように熱伝導率が下がるので、5.25
インチの光記録媒体を試作して、同様に2400rpmで評価
した結果は、線速の速い最外周では最適の書き込みレー
ザパワーは13mW、消去レーザパワーは7mWであり、CNRは
52dBであったが、最内周では最適の書き込みレーザパワ
ーは12mW,消去レーザパワーは6mWでCNRは42dBであり、
書き込み特性は劣るようになる。その繰り返し特性は第
5図に併記したように、ZnSにSiO2を25mol%混合した上
地保護膜4の場合は、重ね書きを50万回繰り返しても、
ノイズの上昇はなく繰り返し特性を向上させることがで
きる。例えば、RFマグネトロンスパッタ法により石英基
板上に形成したZnS膜は、HBの鉛筆の芯で軽く擦っても
変化はないが、ZnSにSiO2を25ml%混合した膜は引っ掻
き傷を生じ、ZnSとSiO2の混合膜の方が軟らかいことが
わかる。このことから、ZnSを上地保護膜4に使用した
場合、ZnSが硬くて脆いために、重ね書きを繰り返した
ときの熱疲労による亀裂が入り、特性が劣化するものと
みられる。
以上のように、上地保護膜4としてZnS膜を用いる
と、書き込み特性は良いが繰り返し耐久性に劣り、また
上地保護膜4をZnSとSiO2の混合膜とした場合、繰り返
し耐久性に優れるものの、書き込み特性が劣るという問
題がある。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その
目的は書き込み特性と重ね書きによる繰り返し耐久性の
双方共に優れた光記録媒体を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題を解決するために、本発明の光記録媒体
は、上地保護膜を記録膜近傍ではZnSとSiO2との混合膜
とし、この混合膜のSiO2量を反射冷却膜の方向に次第に
減少させ、反射冷却膜近傍ではZnSのみとなるように形
成したものである。
〔作用〕
本発明の光記録媒体は、上地保護膜を上記の如く混合
膜とZnS膜の積層ではなく、ZnSとSiO2との混合膜中のSi
O2量が記録膜側から反射冷却膜側に向かって、徐々に減
ってゆくようにして、反射冷却膜近傍ではZnSのみが残
るようにしてあるので、保護膜中に劃然とした境界ガ形
成されず、熱膨張差などの熱的な歪みによる剥離などを
生ずることがなく、しかも混合膜とZnS膜をそれぞれ単
独で用いた場合の両者の長所を取り入れることができ
る。即ちZnS膜を単独で用いた場合と同様な良好な書き
込み特性と、ZnSとSiO2の混合膜を用いた場合の良好な
重ね書き繰り返し特性が同時に得られる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づき説明する。
本発明の光記録媒体の構造と各薄膜の形成方法は、基
本的には第4図の模式断面図について述べたのと同じで
あるからその説明を省略するが、本発明の光記録媒体が
従来と異なる点は、上地保護膜4の材料構成にある。即
ち本発明の光記録媒体では、上地保護膜4を記録膜3の
近傍はZnSとSiO2の混合膜からなり、反射冷却膜5の方
へ進むに従ってSiO2量が徐々に少なくなり、反射冷却膜
5の近傍に至ると遂にZnSだけになってしまうように形
成したことである。この上地保護膜4を形成するには、
RFマグネトロンスパッタ法を用いて、ZnSとSiO2の二つ
のターゲツトからの二元同時スパッタにより行なうが、
このときスパッタパワーを制御することにより、上地保
護膜4内に組成勾配を持たせることができる。
かくして得られた上地保護膜4の組成分布を分析した
結果の一例を、記録膜3からの距離とSiO2 mol%,ZnS m
ol%との関係線図として第1図に示す。第1図のよう
に、厚さ200nmの上地保護膜4は記録膜3の近傍では、S
iO2は約25mol%であるが、記録膜3から110nm離れた部
分ではZnSが100mol%となる。
以上のようにして上地保護膜4の組成分布を種々変え
て作製した5.25インチの光記録媒体の最内周における1.
5T信号の書き込み特性を評価した結果を第2図に示す。
第2図は上地保護膜4の厚さ200nmのうちZnSが100mol%
となる部分の記録膜3からの距離、即ちSiO2が含まれて
いる部分の厚さに対するCNRとの関係を表わした線図で
あり、同時にZnSが100mol%となった部分の厚さ,即ちS
iO2が含まれていない部分の厚さとCNRとの関係線図とし
ても表わしてある。第2図の結果から、上地保護膜4は
SiO2が含まれている部分の厚さが110nm以下であり、ZnS
が100mol%の部分の厚さが90nm以上であれば、CNRは52d
Bが得られ、前述のZnSのみからなる上地保護膜4とした
ときと同様の書き込み特性とすることができる。また、
前述のように上地保護膜4がZnSだけのときは、最適書
き込みレーザパワーは18mW,消去レーザパワーが9mWであ
ったのに対し、SiO2との混合膜でZnS100mol%の部分の
厚さが90nmの上地保護膜4の場合には書き込みレーザバ
ワーは16mW,消去レーザパワーが8mWであった。
同様にして、この上地保護膜4を用いた光記録媒体の
重ね書きの繰り返し特性を評価し、第2図に倣って縦軸
を繰り返し回数として求めた線図を第3図に示す。第3
図からZnS100mol%の部分の厚さが110nm以下、即ちSiO2
が含まれる部分の厚さが90nm以上であれば、この上地保
護膜4を有する光記録媒体は50万回以上の繰り返し耐久
性が得られることがわかる。
以上を要約すると、本発明の光記録媒体に用いる上地
保護膜は、記録膜との境界付近ではZnSにSiO2を25mol%
含む混合膜からなり、これが記録膜に接する近傍からSi
O2が徐々に減るようにし、上地保護膜の厚さが200nmの
ときSiO2が含まれなくなる部分の記録膜からの距離を90
〜110nmの範囲に設定するのがよく、この値は上地保護
膜の厚さに応じて最適範囲を定めることができる。
〔発明の効果〕
相変化型光記録媒体の上地保護膜はZnSやSiO2などが
使われるが、これら単独もしくは両者の混合したものを
用いても、その光記録媒体の書き込み特性と重ね書き繰
り返し特性の双方を満足することができなかったが、本
発明では実施例で述べたように、上地保護膜として書き
込み特性の良いZnSと、重ね書き耐久性の良い(ZnS,SiO
2)混合膜の両方の利点を合せ持つように、これらを単
に積層膜として形成するのではなく、記録膜側から次第
にSiO2が減り、反射冷却膜側ではZnSだけになるというZ
nSとSiO2の組成分布を有する構成としたために、上地保
護膜中に材料の界面を形成することなくZnSと(ZnS,SiO
2)を使い分けて、それぞれの長所を発揮させることに
より、この上地保護膜を用いた光記録媒体は優れた書き
込み特性と重ね書き耐久性を兼備することができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光記録媒体に用いる上地保護膜の組成
分布曲線図、第2図は同じく上地保護膜の組成と光記録
媒体のCNRとの関係線図、第3図は同じく上地保護膜の
組成と光記録媒体の重ね書き繰り返し回数との関係線
図、第4図は光記録媒体の構造を示す模式断面図、第5
図は光記録媒体の上地保護膜材料に関して光記録媒体の
繰り返し回数とキャリア,ノイズレベルとの関係を表わ
す線図である。 1:基板、2:下地保護膜、3:記録膜、4:上地保護膜、5:反
射冷却膜、6:表面保護膜。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に下地保護膜,記録膜,上地保護
    膜,反射冷却膜,表面保護膜がこの順に積層形成され、
    前記基板側からレーザ光を入射して前記記録膜に可逆的
    相変化を起こさせることにより情報の記録,再生,消去
    を行なう光記録媒体であって、前記上地保護膜を前記記
    録膜近傍ではZnSとSiO2との混合する膜としこの混合膜
    のSiO2量を前記反射冷却膜の方向に次第に減少させ、前
    記反射冷却膜近傍ではZnSのみとして形成したことを特
    徴とする光記録媒体。
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